用碳化稻殼電熱冶金法制備低硼、磷高品質硅的研究.pdf

1、太陽能具有資源無限、清潔環(huán)保、安全可靠等優(yōu)點，是人類解決能源短缺和環(huán)境問題的重要能源。硅材料是太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的基礎材料，但傳統(tǒng)的太陽能級多晶硅制備方法如西門子法、硅烷法等，成本高，污染大，制約了光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，研發(fā)出生產(chǎn)成本低，能耗小，環(huán)境友好型的太陽能級多晶硅制備新工藝成為關鍵。冶金法制備太陽能級多晶硅具有成本低、能耗小和生產(chǎn)相對安全的特點，最有可能替代傳統(tǒng)的制備工藝。
　　冶金法制備太陽能級多晶硅的關鍵難點是硅中硼和磷雜

2、質的去除，因為，當硅中同時摻有硼和磷，就不能形成“P-N結”，也就無法完成光電的轉換過程，所以要首先制備出低硼、磷的高品質硅。所謂低硼、磷高品質硅就是硅的純度達到冶金級硅標準，同時硼、磷等雜質的含量較低，以這種硅為原料再經(jīng)過定向凝固等處理就可制得太陽能級多晶硅。碳化稻殼既含有碳，也含有二氧化硅，而且其薄片網(wǎng)狀結構利于除雜提純，是制備低硼、磷高品質硅的理想原料。本論文的總體思路是:將冶金硅和多晶硅的制備相結合，從源頭上即煉硅原料開始就控制

3、雜質含量（特別是硼和磷），用除雜提純后的碳化稻殼和高純石英砂為原料電熱冶金法制備低硼、磷高品質硅，為后續(xù)制備太陽能級多晶硅奠定基礎。本論文主要內容及結論如下：
　　(1)碳化稻殼的物性分析及除雜提純研究。運用XRF、XRD、SEM和ICP-AES等檢測手段對碳化稻殼進行了物性分析，碳化稻殼主要成分為C和SiO2，分別占51.44％和27.15％;碳化稻殼的結構呈疏松的蜂窩狀;得到了碳化稻殼的熱重曲線，確定其燃點在350℃左右，燃燒

4、溫度區(qū)間為500℃～600℃。對碳化稻殼進行了酸洗除雜研究和超聲酸洗除雜研究。酸洗結果為:選擇碳化稻殼粒徑在100μm以下，鹽酸濃度為5wt％，水浴溫度為60℃，反應時間為8h，固液比為1:5作為最佳酸洗條件時，碳化稻殼中Fe元素的去除率達到92.33％，P元素的去除率達到79.10％，B元素的去除率達到27.64％，金屬元素的總去除率達到82.08％，非金屬元素的總去除率達到79.61％。超聲酸洗結果為:選擇碳化稻殼粒徑在100μm以

5、下，鹽酸濃度為5wt％，水浴溫度為60℃，固液比為1:5，超聲功率為300W，超聲頻率為45kHz、超聲時間為35min作為最佳超聲酸洗條件時，碳化稻殼中Fe元素的去除率達到98.29％，P元素的去除率達到91.25％，B元素的去除率達到99.95％，金屬元素的總去除率達到96.15％，非金屬元素的總去除率達到91.72％。
　　(2)球團制備及球團性能的研究。原料的配比為:石英砂:碳化稻殼:粘結劑:水=100:100.47:2.

6、02:24.30;考察了制團壓力、粘結劑加入量和配水量三個因素對生球團抗壓強度和氣孔率的影響，確定了最優(yōu)制團條件:制團壓力為40MPa，粘結劑加入量為1％，配水量為12％。在此條件下制得的生球團晾干后，抗壓強度為6.41 MPa，氣孔率為35.77％;研究了焙燒條件下球團電阻率的變化，實驗結果表明，常溫下球團是電的不良導體，隨著溫度升高和保溫時間的增大，球團的導電性增強，但電阻率仍然很大，球團的這種特性能夠滿足礦熱爐生產(chǎn)對原料的要求。<

7、br>　　(3)電熱冶金法制備硅過程中熱力學分析。對Si-C-O體系的熱力學進行了分析和相關計算，計算了各反應發(fā)生的最低反應溫度，同時又通過HSC軟件進行了對比計算。
　　(4)電熱冶金法制備低硼、磷高品質硅。2次礦熱爐開爐實驗結果表明，利用提純后的碳化稻殼和高純石英砂混合粉體原料熔煉硅是可行的，且得到了低硼、磷的高品質硅。硅的純度達到了99.350％，同時硅中的雜質含量得到了控制，其中P為24ppmw，B為16ppmw均低于現(xiàn)有